[发明专利]一种球形锂离子电池正极材料及其前驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种球形锂离子电池正极材料及其前驱体的制备方法。

背景技术

当前，锂离子电池是各种移动通讯设备和电动汽车等绿色交通工具所用电源体系的研究热点。而锂离子电池的性能很大程度上取决于其关键材料的性能，而改良材料性能是一个长期而艰难的过程。

作为锂离子电池的关键活性材料，其颗粒的形状直接影响着材料的性能发挥。球形是商业化电池的活性材料最佳的形状，这种球形的颗粒具有较好的流动性，方便极片制备时的调浆；此外，还可以增加材料的填充度， 使得电池的体积密度得以提高。目前商业化的层状氧化物锂离子电池正极材料也主要是采用具有球形结构的材料，其制备方法通常是共沉积方法制得锂离子正极材料的前驱体，然后通过与锂盐混合后高温煅烧得到具有球形颗粒的锂离子正极材料。这种方法虽然能够用制备出球形的锂离子正极材料前驱体，但需要对其制备条件严格控制才能够保证材料颗粒的均匀。本发明在此提供了一种制备球形层状氧化物锂离子电池正极材料及其前驱体的新方法，该方法简单、易控，适合大规模操作，具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、高效、易于操作的制备球形层状氧化物锂离子电池正极材料及其前驱体的新方法，采用此方法所得到的材料的比容量、循环性能等均可得到明显的改善。

本发明的球形锂离子电池正极材料前驱体的制备方法，包括下述步骤：（1）制备纳米氢氧化镍：将可溶性镍盐和强碱分别溶于水中配制成溶液，然后将可溶性镍盐溶液和强碱溶液混合，混合液置于聚四氟乙烯反应器中于160-200℃反应8-48小时，分离干燥后可得纳米氢氧化镍；（2）将步骤（1）制备的纳米氢氧化镍加入到可溶性钴盐的水溶液当中，搅拌均匀后，置于反应釜中，在120-200℃温度下反应2-48小时，过滤分离后于40-200℃温度下干燥1-48小时，即得到球形锂离子电池正极材料前驱体，所述的锂离子电池材料前驱体颗粒的直径处于1微米至30微米之间。

步骤（1）中所用的镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍中的一种或几种。

步骤（1）中所用的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或几种。

步骤（1）可溶性镍盐溶液的摩尔浓度为0.1-2 mol/L，强碱溶液的摩尔浓度为0.1-4 mol/L，两种溶液按照其中的所含的可溶性镍盐与强碱的摩尔比为1:2~1:2.1进行混合。

步骤（2）中所述的可溶性钴盐是氯化钴，可溶性钴盐的水溶液的浓度为0.01 mol/L -5mol/L。

步骤（2）中所述的可溶性钴盐的水溶液中的所包含的钴与纳米氢氧化镍中所包含的镍的摩尔比为0.5:1-6:1。

本发明的球形锂离子电池正极材料的制备方法，包括下述步骤：（1）制备纳米氢氧化镍，其具体步骤是：将可溶性镍盐和强碱分别溶于水中配制成溶液，然后将可溶性镍盐溶液和强碱溶液混合，混合液置于聚四氟乙烯反应器中于160-200℃反应8-48小时，分离干燥后可得纳米氢氧化镍；（2）将步骤（1）制备的纳米氢氧化镍加入到可溶性钴盐的水溶液当中，搅拌均匀后，置于反应釜中，在120-200℃温度下反应2-48小时，过滤分离后于40-200℃温度下干燥1-48小时，即得到具有球形颗粒的均匀的锂离子电池材料的前驱体；（3）将步骤（2）得到的锂离子电池材料的前驱体与锂盐混匀后分别于450-550℃煅烧4-12小时和650-850℃煅烧8-24小时即可得到粒径均匀的球形锂离子电池正极材料。

步骤（1）中所用的镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍中的一种或几种；步骤（1）中所用的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种或几种。

步骤（2）中所述的可溶性钴盐是氯化钴，可溶性钴盐的水溶液的浓度为0.01 mol/L -5mol/L；步骤（2）中所述的可溶性钴盐的水溶液中的所包含的钴与纳米氢氧化镍中所包含的镍的摩尔比为0.5:1-6:1。

所述的锂离子电池材料的颗粒直径处于1微米至30微米之间，其分子式为Li_xNi_1-yCo_yO₂，式中1≤x≤1.3， 0.1≤y≤0.9。

本发明的球形层状氧化物锂离子电池正极材料的电化学性能测试采用充放电进行测试，工作电极采用粘结式电极，对电极是锂片，电解液是1 mol/L LiPF6/EC+DMC(体积比1:1)溶液。